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期刊基本信息
红外与激光工程
(月刊,创刊于1972年)
主管单位:
中国航天科工集团有限公司
主办单位:
天津津航技术物理研究所
中国光学工程学会
主编:吕跃广
主要栏目
   » 红外技术及应用
   » 激光及光电子技术
   » 光学探测与成像技术
   » 光学系统设计
   » 精密光学加工
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红外与激光工程  
  红外与激光工程—2013, 42 (12)   出版日期:2013-12-25
  本期栏目:激光与光电子技术 先进光学 光电器件与材料 先进光学成像技术 信息处理 红外技术及应用 光电测量 
红外技术及应用

InP/InGaAs/InP红外光电阴极时间响应特性的模拟研究

孙巧霞, 徐向晏, 安迎波, 曹希斌, 刘虎林, 田进寿, 董改云, 郭晖, 李燕红
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3163-3167.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1117 KB)  ( 130 )
摘要 ( 14 ) 引用本文
文中理论研究了InP/In0.53Ga0.47As/InP异质结透射式红外光电阴极的时间响应特性,光谱响应范围1.0~1.7 μm。在场助偏压的作用下,模拟计算了光激发的电子在阴极内部的传输特性。模拟计算表明,光电阴极的响应速度随场助偏压的增大而加快;随光吸收层厚度的增大而减慢;随光吸收层掺杂浓度的增大,光电阴极的响应速度变慢。发射层厚度及掺杂浓度的增大都会使得阴极的响应时间加长。经过对阴极结构参数和掺杂浓度的优化,得到在吸收层和发射层厚度分别为2 μm、0.5 μm,掺杂浓度分别为1.5×1015 cm-3、1.0×1016 cm-3时,在适当场助偏压下光电阴极的响应时间可优于100 ps。

连续投影算法的润滑油中含水量近红外光谱的分析

陈彬, 刘阁, 张贤明
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3168-3174.
全文: HTML (1 KB)  PDF (81020 KB)  ( 41 )
摘要 ( 6 ) 引用本文
应用近红外光谱技术结合连续投影算法(SPA)实现了油中含水量的分析。对57个油样进行光谱扫描,通过比较不同预处理方法,以相关系数(R)和均方根误差(RMSE)作为模型评价指标,建立油中含水量预测的全波段偏最小二乘法(PLS)模型。同时应用SPA提取有效波长,作为PLS的输入变量,建立了SPA-PLS模型。结果表明经连续投影算法提取24个特征波长建立的模型,所用变量数仅占全波段的 4.68%,SPA-PLS优于全波段的PLS模型,其对验证集样本进行预测的相关系数和均方根误差分别为0.994 4和5.455 1×10-5,获得了满意的预测精度。说明应用光谱技术检测油中含水量是可行的,并能获得满意的预测精度,为进一步应用光谱技术进行油中其他污染物的在线监测提供了新的方法。

采用FTIR原理的多组分气体分析仪研制

任利兵, 杨宏雷, 尉昊赟, 李岩
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3175-3179.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1769 KB)  ( 369 )
摘要 ( 10 ) 引用本文
严重的环境气体污染对多组分气体分析仪提出了实际需求。受通用化设计目的和商用软件功能不健全的限制,传统FTIR光谱仪长期徘徊在气体分析领域的外围。对此,研究了用磁编码信号取代传统FTIR光谱仪中激光干涉信号实现动镜扫描和光谱采集,使所研制的多组分气体分析仪在满足光谱测量的前提下,结构上更加紧凑简洁,调试更为方便;同时针对现场分析的连续性和实时性要求,将经典最小二乘法做了修正,使其获得基线补偿能力。实验表明,所研制的FTIR多组分气体分析仪具多组分气体的快速、连续准确的定量能力,可对环境污染气体有效监测。

红外二次成像无热化光学系统设计与实测

于洋, 蹇毅, 潘兆鑫, 金亚平, 汤心溢
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3180-3184.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1789 KB)  ( 142 )
摘要 ( 6 ) 引用本文
阐述了二次成像红外光学系统相比于一次成像红外光学系统而言,对温度变化更加敏感的特点及其影响,讨论了基于光学被动式无热化原理的二次成像红外光学系统的设计方法。不仅给出了设计的一个红外制冷型二次成像光学系统的实例,还对该无热化镜头进行了实际加热对比成像试验,并给出了成像测试结果。设计结果表明:该系统在-40℃~+80℃的温度范围内,像质接近衍射限,最佳像面变化量在一倍焦深范围之内,焦距变化率低,实现了光学被动式无热化。实际测试结果显示,所设计的二次成像无热化光学系统,具有良好的无热化能力,高温环境下无需调焦依然清晰成像。

中波红外固体激光器的指向监视系统

郭汝海, 陈宁, 王兵, 丛俊峰
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3185-3189.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1884 KB)  ( 141 )
摘要 ( 17 ) 引用本文
高重频3~5 μm中波红外固体激光器由于其多方面的潜在应用而受到了广泛的重视,但由于其本身固体激光的特性,在传输过程中难免受到本身腔体温度梯度及外界环境振动的影响,而产生指向上较大的抖动和漂移,难以用于对指向精度要求较高的场合,需要在激光器出口处加入监视对准系统来抑制激光指向的抖动和漂移。因此,拟采用两种不同的探测器(四象限探测器和热释电探测器)作为此种激光器的监视对准元器件,对其在监视对准系统中的性能进行了对比试验分析。结果表明:两种监视系统得到的激光指向抖动的P-V值都在9″左右,热释电探测器的指向监视误差为5.39″。四象限探测器相比于热释电探测器具有更高的响应带宽,而热释电探测器由于基于图像的方法更加直观,因此,对于中波红外激光器而言,可以根据实际使用需要来选择相应的探测器以搭建指向监视系统。

基于局部二元模式的快速红外人脸识别系统

谢志华, 刘国栋
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3190-3195.
全文: HTML (1 KB)  PDF (81034 KB)  ( 40 )
摘要 ( 32 ) 引用本文
红外人脸成像具有对光照、人脸皮肤、表情、姿态等因素变化不敏感的特点,可以在一定程度上弥补这些因素对可见光人脸识别影响的不足。为了充分提取红外人的局部鉴别特征,文中提出了一个基于局部二元模式的快速红外人脸识别系统。该系统首先通过thermoVision A40型红外热像仪获分辨率为320×240的红外人脸图像,并通过人脸检测和归一化方法提取大小为60×80的标准红外人脸图像。其次,基于人脸图像的对称性,将红外人脸图像分块。通过局部二元模式直方图提取每一分块所包含的纹理模式特征。最后,采用Kruskal-Wallis(KW)特征选择算法,进一步抽取对识别有贡献的局部纹理特征用于分类识别。实验结果表明:提出的热红外人脸系统识别率明显优于基于主成分分析(PCA)和线性鉴别分析(LDA)的传统红外人脸识别系统,可以达到98.6%的识别率。与此同时,提出的红外人脸识别系统识别速度也快于传统基于PCA和LDA系统,可以广泛应用于实时人脸识别中。

基于EMD的红外遥测光谱信号预处理新方法

郭腾霄, 丁学全, 董晓强, 穆宁, 黄启斌, 李翠萍, 温红宇
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3196-3200.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1412 KB)  ( 134 )
摘要 ( 20 ) 引用本文
利用红外遥测光谱仪远距离快速、准确地探测污染气体并给出定性鉴别结果,必须对遥测光谱进行预处理,消除高频噪声和低频基线的干扰,提取出污染气体的特征光谱信号。针对现有方法的不足,提出采用具有自适应特性的EMD方法,对光谱信号进行无参数分解,提取出高频噪声与低频基线,实现了红外遥测光谱的预处理。经过该方法处理,光谱信号全局评估系数RMS1平均值达到0.141,局部评估系数RMS2平均值达到0.182,综合评估系数RMS*平均值达到0.026,明显优于小波方法。实验结果表明,EMD方法用于红外遥测光谱信号去噪与基线校正,算法简单,运行可靠,可使问题得到有效解决。

多谱段相机红外光学系统杂散辐射分析

刘鑫, 黄一帆, 李林, 靳晓瑞
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3201-3206.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1502 KB)  ( 113 )
摘要 ( 14 ) 引用本文
杂散辐射是影响多谱段红外相机成像性能的主要因素。为了确保系统在各种工作状况下正常运行,需要分析并抑制相机光学系统中的杂散辐射。在详细分析了其红外光学系统中杂散辐射主要来源的基础上,针对系统特殊的光机结构,在杂光分析软件中建立光机系统模型;围绕遮光罩选取了8个太阳方位、16个离轴角进行光线追迹,得到太阳杂光在像面上产生的辐照度,据此来评价系统杂散辐射水平;同时分析了指向镜滚动轴和俯仰轴在两个方位内的转动以及地球大气杂散辐射对像面辐照度的影响。最后,对于影响严重的杂散辐射,进行了有效的抑制措施。结果表明,可以忽略地球大气的杂散辐射,当太阳杂光入射角大于58°时,系统能满足对像面辐照度的技术要求,多谱段相机红外光学系统可在此范围内正常工作。
激光与光电子技术

实现高效光滤波与放大功能的掺激活杂质光量子阱

蒙成举, 苏安, 高英俊
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3207-3212.
全文: HTML (1 KB)  PDF (81044 KB)  ( 32 )
摘要 ( 11 ) 引用本文
通过传输矩阵法理论,研究激活杂质对双重势垒光量子阱滤波器特性的影响,结果表明:介质未掺激活杂质时,双重势垒光量子阱滤波器品质随垒层周期数的增大而提高,同时滤波通道的频率发生位移;内、外垒层或阱层介质分别掺激活杂质时,各共振隧穿模出现高倍光放大现象,且各共振隧穿模的频率位置恒定;随激活介质介电虚部大小的增大光量子阱滤波器品质迅速提高,特别是阱层介质掺杂时品质提高尤为明显,高达8.010×104倍;利用双重势垒光量子阱的阱层或内、外垒层掺杂激活特性,可实现高品质光滤波、光信号放大功能,且为光量子阱的实际设计与应用提供积极指导。

激光强度时空分布测量漫散射取样衰减技术研究

庞淼, 周山, 吴娟, 荣健, 高学燕, 胡晓阳
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3213-3217.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1339 KB)  ( 134 )
摘要 ( 15 ) 引用本文
激光强度时空分布的测量对于诊断与评估激光系统的性能具有重要意义,减少激光入射角度影响、对大尺度激光束进行高分辨力、高占空比取样是准确测量激光强度分布的关键,结合漫散射光分布与入射光方向无关的原理,提出了激光强度时空分布测量漫散射取样衰减方法,设计了漫散射取样衰减单元,建立了光强计算模型,推导了光强计算公式并进行了验证,光强衰减倍数实验结果与理论值一致。介绍了漫散射取样衰减装置与光电管阵列或CCD成像系统的组合应用。该方法的优点:空间取样分辨力高,可达2 mm左右;使用角度宽,可达±30°而不需要响应修正;占空比高,可达40%以上;衰减倍数范围大,可以通过调节衰减结构参数实现任意需要的衰减倍数。漫散射取样衰减为阵列探测器对大尺寸激光束进行取样和衰减提供了一种新方法,提高了激光强度分布测量能力和测量精度。

激光中继镜传输的等效菲涅耳数分析

吴慧云, 陈金宝, 李鑫, 黄志松, 黄书海, 赵四清, 孙振海, 徐卸古
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3218-3222.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1189 KB)  ( 131 )
摘要 ( 21 ) 引用本文
中继镜系统被认为是一种能有效降低大气对激光影响并提升激光打击范围的新型高能激光系统。激光中继镜传输优势评判标准以及应用优势范围分析是中继镜技术研究的重要内容。文章建立了中继镜系统光束传输模型,详细推导了真空和湍流条件下激光中继镜传输过程的等效菲涅耳数,分析了光束中继镜传输过程的性能评价因子以及光束传输性能与等效菲涅耳数的关系,在此基础上分析了激光中继镜传输应用优势范围的求解方法,并对Hufnagel-Valley 5/7湍流模型条件下光源波长3.8 μm、高度30 km的激光中继镜系统进行了数值模拟。结果显示:地球大气湍流条件下,中继镜系统能提升激光对远距离、高空目标的打击效果,拓展激光的打击范围。

高斯谢尔模型光束在EIT原子气体中的传输特性研究

许森东, 徐弼军, 陆璇辉
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3223-3227.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1127 KB)  ( 115 )
摘要 ( 11 ) 引用本文
为了研究高斯-谢尔模型(GSM)光束在电磁感应透明(EIT)材料中的传输特性,利用矩阵光学理论、衍射积分理论、相干偏振统一理论推导了GSM光束通过EIT材料的传输交叉谱密度方程的解析表达式。该表达式可以用于计算和研究GSM光束通过EIT原子气体的谱密度和相干度的变化。分析显示GSM光束的谱密度和相干度都可以通过控制光的拉比频率调控。此研究结果提供了一种新的调控光传输的方法和技术,同时该发现也为控制部分相干光的谱密度和相干度提供了一种新方法。

主动探测回波激光脉冲时域特性

杨雨川, 谭碧涛, 龙超, 陈力子, 张己化, 陈军燕
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3228-3233.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1234 KB)  ( 161 )
摘要 ( 11 ) 引用本文
利用“猫眼”效应原理实施目标主动探测,能够快速、准确发现空间光学侦察设备。激光脉冲辐照不同的反射目标,产生回波经大气传输后具有不同的脉冲展宽,利用该特性可实现对不同目标的识别和定位。利用光子散射理论分析了近地面气溶胶散射效应引起的脉冲展宽,给出了影响脉冲展宽的主要因素,建立了“猫眼”和漫反射背景回波脉冲展宽的计算物理模型;为验证模型,设计并实施了基于飞艇平台的动态主动探测验证实验,实验结果表明:激光脉冲经过8~10 km斜程大气传输,“猫眼”和飞艇背景漫反射回波分别展宽了20~30 ns和90 ns,与物理模型计算值具有较好的一致性,验证了物理模型的正确性,该模型可为区分和提取“猫眼”回波信号提供理论依据。

采用高速伪随机码调制和光子计数技术的光纤激光测距系统

杨芳, 张鑫, 贺岩, 陈卫标
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3234-3238.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1480 KB)  ( 140 )
摘要 ( 31 ) 引用本文
在高速伪随机码调制和光子计数技术的激光测距系统中,将1 550 nm光纤激光器的伪随机码调制速率从622 MHz提高到1 GHz,利用光纤延时方法开展了两种调制速率下的测距实验并进行性能验证和对比。采用10阶M序列伪随机码和探测效率为10%的同一个InGaAs/InP雪崩光电二极管,入射到探测器的信号光能量均为1.94×10-17 J时,得到二者的系统信噪比基本一致,但在高调制速率下系统的测距精度提高了1.58倍,基本符合理论计算结果。搭建了实际测距平台并开展基于1 GHz调试速率下的室内测距实验,当测量距离约为4.5 m的高反射目标时,得到2.1 cm的测距精度,该实验结果为室外测距实验提供了参考依据。

基于LabVIEW的高性能激光主动探测控制与处理系统设计

张来线, 孙华燕, 樊桂花, 赵延仲, 郑勇辉
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3239-3244.
全文: HTML (1 KB)  PDF (81054 KB)  ( 45 )
摘要 ( 10 ) 引用本文
设计实现了基于LabVIEW的高性能激光主动探测控制与处理系统,对系统设计基本原理、基本构成和系统架构进行了分析说明,论述了基于LabVIEW多线程和模块设计的激光主动探测控制与处理系统架构具有功能完整、运行高效、扩展性强、稳定性好、人机交互性好等优点。最后利用该系统进行了激光主动探测实验,结果表明:该系统可以实时获取并处理实验数据并进行可视化显示,满足激光主动探测应用需求,为激光主动探测技术应用提供了一种新手段。

采用捷联激光探测器的制导火箭比例导引实现方法

王磊, 朱伯立
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3245-3248.
全文: HTML (1 KB)  PDF (81064 KB)  ( 51 )
摘要 ( 7 ) 引用本文
围绕制式火箭弹精确制导改造的需求,提出了一种采用捷联激光探测器和比例导引的火箭弹制导控制方案。针对捷联探测器只能测量弹轴相对于目标的偏差角而无法提供比例导引所需的惯性视线角速度信号的难题,研究了基于捷联探测器测量的误差角和弹体姿态角速度信号的弹目视线角速度信号提取算法。在制导控制系统内部,基于自动驾驶仪与制导律相匹配的原则,设计了两回路过载自动驾驶仪。无量纲脱靶量分析与攻击静止目标的弹道仿真结果验证了所提方案的可行性。

光致漂白材料的激光三维信息高密度存储

潘雪涛, 屠大维, 蔡建文
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3249-3253.
全文: HTML (1 KB)  PDF (2728 KB)  ( 113 )
摘要 ( 21 ) 引用本文
光信息存储是目前数字化信息存储的主要手段,传统二维光信息存储中存在的不足限制了存储密度及存储容量的进一步提高。基于光致漂白材料的三维光信息存储机理,建立了共焦/双光子扫描荧光显微镜系统。采用一种新型光致漂白芴类衍生物ATFTBAr作为存储材料,利用飞秒激光实现了在该材料上的三维光信息存储和读取。存储层达到四层,每层间距和信息点间距分别达到了10 μm 和8 μm。对信息点进行了信号强度的识别和对比,详细分析了由于折射率失配所引起的信号串扰问题。研究表明,建立的实验系统和选用的存储材料能够较好地实现三维光信息存储。

直升机旋翼微多普勒特性分析

陈鹏, 郝士琦, 赵楠翔, 周建国
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3259-3264.
全文: HTML (1 KB)  PDF (3891 KB)  ( 210 )
摘要 ( 40 ) 引用本文
近年来,对微多普勒效应的研究为目标的精确识别提供了一种新的途径,其在对直升机探测、分类和识别领域有着重要的应用前景。采用物理光学模型计算了直升机旋翼的雷达散射截面,改进了直升机旋翼回波的微多普勒模型。并基于该模型,分别计算了不同形状以及转速的双叶片、三叶片直升机旋翼的探测回波信号,利用短时傅里叶变换时频分析方法分析了微多普勒特征。研究结果表明,不同的直升机旋翼叶片数量、长度以及转速对直升机旋翼微多普勒的曲线形状、幅度以及周期产生不同的影响,为下一步对直升机的微多普勒识别提供了参考和借鉴。

归零码信号注入FP-LD实现无本振光子上变频系统

韩丙辰, 于晋龙, 王文睿, 郭精忠, 王菊, 杨恩泽
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3265-3269.
全文: HTML (1 KB)  PDF (2385 KB)  ( 160 )
摘要 ( 23 ) 引用本文
提出了一种低速率归零码(RZ-OOK)信号注入法布里-珀罗腔激光二极管(FP-LD)的无本振光子上变频系统。利用外部注入信号光对FP-LD的一个自由振荡模式进行锁定从而得到一个微波的高频振荡,基于注入锁定机理进行了上变频原理分析,并通过实验方式验证了方案的可行性。实验中,2 Gb/s的RZ-OOK信号分别被上变频到12 GHz、14.28 GHz成为副载波信号。
激光与光电子技术应用

高曝光深度的表面等离激元光刻直写头设计分析

孙旭飞, 岳阳, 杜惊雷, 张志友
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3254-3258.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1935 KB)  ( 126 )
摘要 ( 18 ) 引用本文
设计了一种新的具有高曝光深度的纳米光刻直写头,它由用薄银层制得的V型孔、匹配液和有机固化层组成。V型孔被用来聚焦入射光束于200 nm的光斑中。直写头通过匹配液在光刻胶上移动,而匹配液与石英基底相结合,构成了表面等离激元(SPP)谐振腔,由传播波及反射波形成的驻波的传播深度将达到几百纳米。模拟证明了新的直写头可通过F-P效应及SPP多次激发增强方式实现在光刻胶中深度曝光,当直写头与光刻胶的间距大于90 nm时,不仅可避免光刻胶和直写头的相对磨损,也有助于降低机械移动工艺的要求,因此在纳米掩模板和纳米光子器件的制备上有较高实际应用的可能性。
先进光学

双基高比立体测绘相机热分析与热设计

张月, 胡斌, 阮宁娟
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3270-3276.
全文: HTML (1 KB)  PDF (81072 KB)  ( 58 )
摘要 ( 9 ) 引用本文
大基高比测绘相机斜视利于进行地面高程测量,小基高比测绘相机近正视利于进行平面高精度定位,并有利于降低畸变和减小遮挡。双基高比测绘是结合了大小基高比测绘优点的新型测绘手段,但需要对大功率设备进行高效散热,同时需为大尺寸镜面提供高精度温度梯度,这对双基高比立体测绘相机热控系统设计提出较高要求。文中采用耦合散热面、在大尺寸镜面背部设计铝合金热罩减小温度梯度、布置多路控温回路、利用高性能热管增强导热相结合的方式,对双基高比相机的热控系统进行详细设计。通过对相机外热流的分析,确定了β=17°,焦面组件、电子学器件、控制器同时工作的高温工况;β=27°,相机待机的低温工况。结合相机内热源及接口信息,制定了详细的热控方案,通过仿真分析验证了热控方案的正确性,各温控指标达到设计要求。文中可为我国双基高比立体测绘相机的研制提供热控方面技术支持。

某空间反射镜支撑装调技术

杨亮, 李朝辉, 乔克
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3277-3282.
全文: HTML (1 KB)  PDF (81081 KB)  ( 49 )
摘要 ( 16 ) 引用本文
为了降低反射镜支撑装调对反射镜面形精度的影响,文中针对某空间相机的反射镜组件,设计了一种带有柔性环节的反射镜支撑方式,制定了反射镜组件的装调方法及路线。通过计算给出了反射镜粘结胶层厚度、粘结区域、柔性铰链等参数,并对反射镜组件进行了重力和5 ℃温变共同作用下的有限元分析。最后,根据装调工艺对反射镜组件进行粘胶、固化处理,并通过反射镜组件力学试验和热真空试验对装调方法进行验证。试验结果表明:力学和热真空环境下反射镜粘胶没有破坏,该反射镜组件的面形精度优于1/50 λ。验证了反射镜支撑方案以及装调方法的有效性。

1.5m口径垂直状态短筒长焦距平行光管次镜支撑系统设计

张丽敏, 吕天宇, 杨飞
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3283-3288.
全文: HTML (1 KB)  PDF (81090 KB)  ( 38 )
摘要 ( 13 ) 引用本文
非球面次镜相对于主镜的位置和稳定性对光管的检测和校验性能起着非常重要的作用。从原理上分析了次镜支撑系统,同时建立改进的支撑桁架动力学模型;然后,使用降维处理的方法通过有限元分析对结构进行优化设计;最后,分析温度变化对1.5 m光管性能的影响。结果表明,采用的切向三翼支撑结构,减小了系统的遮拦比而且保证了结构的刚度,改进桁架的比刚度得到改善,从而使整个支撑系统的一阶谐振达到62 Hz;改变局部结构材料降低了温度变化对光学系统的影响,使波像差由λ/20减小为λ/30。提出的设计方案精度高,稳定性好,可以满足设计要求。

TMT三镜系统Rotator组件轴承设

苏燕芹, 张景旭, 陈宝刚, 杨飞, 赵宏超
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3289-3294.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1643 KB)  ( 148 )
摘要 ( 12 ) 引用本文
以TMT三镜系统为对象,对其中的Rotator组件用轴承进行了设计,并对轴承关键参数的选取进行了探讨。首先,通过分析三镜系统的运动模式确定了系统的受载状态;接着基于Hertz弹性变形理论,建立了双列角接触球轴承的载荷-变形公式,采用牛顿迭代法对轴向、径向、角位移量进行求解,得到每个钢球受载和变形的精确解;最后对该轴承设计中的一些关键参数选择对承载能力的影响进行了讨论。计算分析表明,在三镜工作角度范围内,光轴方向最大变形为0.022 mm,滚道面内各个方向变形小于0.042 mm,最大角变形量为3.5″,满足三镜系统的设计要求,并留有较大的设计裕度。建立的载荷分布方程及提出的参数选择原则对双列角接触球轴承的设计具有通用性,可适用于各种工况。

柔版印刷金属网栅光电性能研究

李修, 王瑜, 徐艳芳, 冉军, 莫黎昕, 李路海
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3295-3299.
全文: HTML (1 KB)  PDF (81098 KB)  ( 48 )
摘要 ( 30 ) 引用本文
为满足日渐增加的电磁屏蔽要求,设计了一种透明基材上柔版印刷电磁屏蔽用金属网栅,研究了影响金属网栅透光率与电磁屏蔽特性的主要因素。首先从理论分析入手,计算并分析金属网栅结构参数(线宽、周期、占空比)等对透明导电金属网栅透光率及电磁屏蔽效能的影响;接下来利用柔版印刷方式制备周期为300、400 μm线宽为20、30、40 μm的金属网栅,测试了在7、10、13 GHz3个频点处电磁屏蔽效能以及300~1 000 nm波段的紫外-可见透过率。测试与分析结果表明:金属网栅在紫外-可见光波段透过率在70%~80%之间,且随周期/线宽增大而分别增大/减小,电磁屏蔽效能最高达到了15 dB以上。结果显示,网栅的光电特性是矛盾的,线宽与周期越小电磁屏蔽效果越好。

面向多通道控制系统的通道数可变的并行实时测试

刘海秋, 徐抒岩, 王栋, 曹小涛, 吴伟平
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3300-3308.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1394 KB)  ( 114 )
摘要 ( 5 ) 引用本文
为了对复杂多通道电机控制系统的不同通道数的控制单元进行并行灵活测试,提出了测试通道数灵活可变的多通道控制单元并行仿真实时测试方法。提出了面向对象的测试通道数灵活可变的思想;提出了支持被测对象通道数灵活可变的采集处理方案;采用双端口SRAM转换高速异步FIFO的高效数据存储方式和DMA与突发传输相结合的数据传输方法,实现系统高效数据存储和与计算机之间高速异步数据传输;采用基于FPGA并行采集、实时处理及PCI总线传输策略,改进了传统的PCI中断申请传输模式和PCI中断传输控制机制,克服了由被测对象通道数不同、计算机配置不同及应用程序相互干扰等问题带来的系统不稳定现象,实现系统与计算机之间稳定可靠的数据传输。对4~64通道数随机变化的控制单元进行并行测试试验,结果表明:通道数灵活可变、多通道控制单元并行测试状态稳定、可靠,满足预期要求。

平台导引头隔离度寄生回路特性分析

宋韬, 林德福, 祁载康, 孙宝彩
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3309-3314.
全文: HTML (1 KB)  PDF (81114 KB)  ( 39 )
摘要 ( 27 ) 引用本文
平台导引头隔离度的存在不仅降低了导引头跟踪精度,其引起的隔离度寄生回路对导弹制导系统存在严重的影响。通过对平台导引头隔离度产生机理进行分析,分别建立了弹簧力矩和阻尼力矩引起的隔离度模型,在此模型的基础上利用劳斯判据分析了隔离度寄生回路稳定边界,并研究了寄生回路对制导系统有效时间常数和有效比例导引系数的影响。结果表明:为了保证隔离度寄生回路的稳定,需要限制制导控制系统主要参数的取值范围;在寄生回路的作用下制导系统有效时间常数和有效比例导引系数与原设计值发生偏差,需要重点关注。所得结论可以为导弹制导控制系统初步设计以及导引头总体指标确定提供理论参考。
光电测量

基于虚拟仪器的光泵磁力仪测控系统设计

柯超凡, 彭翔, 徐盛晨, 喻松
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3315-3319.
全文: HTML (1 KB)  PDF (2157 KB)  ( 116 )
摘要 ( 14 ) 引用本文
为了降低激光泵浦磁力仪的噪声,首次将虚拟仪器技术应用到了光泵磁力仪的测控系统中。采用Labview编程工具和基于PXIe总线的工控系统,完成了数据采集、信号处理和信号发生三个模块的一体化设计。在分析各个模块实现的基础上,重点研究了数字信号处理算法的设计。通过改进FIR结构低通滤波器解决了噪声水平和系统带宽的矛盾,采用梯形积分增量式PID控制算法,提高了系统的抗干扰能力和鲁棒性,使得控制系统的噪声水平达到了0.01 μV的量级。结合激光稳频技术和稳功率技术,有效地消除了激光的频率漂移和功率抖动所引入的噪声,将磁力仪的噪声降低到了0.7 pT/Hz0.5@1 Hz。

连续波DF激光器光腔温度和相对粒子数范围估算

邹前进, 陈前荣, 王敏, 袁圣付
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3320-3324.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1508 KB)  ( 103 )
摘要 ( 15 ) 引用本文
通过讨论连续波DF激光器谱线小信号增益随光腔温度和相对粒子数变化,指出随光腔温度和相对粒子数增加,谱线小信号增益最大值转动量子数和短波方向零小信号增益转动量子数向高转动态移动,且与一定范围的光腔温度和相对粒子数对应。整数零小信号增益转动量子数较难取得,结合实测光谱给出了替代条件:谱线短波方向相对强度最小截止转动量子数JL小信号增益大于零和假定转动量子数JL-1谱线小信号增益小于零。根据DF化学激光器实测光谱三个谱带所表征光腔温度范围相等,估算出某连续波DF激光器光腔温度范围为305~368 K,1P、2P和3P谱带相对粒子数范围分别为:1.77~2.09、1.65~2.05和1.19~1.72。

X射线分光晶体高阶衍射效率标定方法

杨国洪, 李军, 韦敏习, 侯立飞, 易涛, 刘慎业
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3325-3329.
全文: HTML (1 KB)  PDF (81121 KB)  ( 41 )
摘要 ( 28 ) 引用本文
包含高阶衍射的X射线分光晶体积分衍射效率是X射线光谱准确辨识、X射线分光晶体性能研究、X射线光谱定量测量和高分辨X射线单能成像的基础。基于X射线衍射仪,选择适当厚度的镍滤片和控制X射线管电压,极大地抑制Cu Kβ及韧致辐射,将X射线管光源Cu Kα单能化。以常用的X射线分光晶体季戊四醇[PET(002)]为样品,对X射线分光晶体的高阶积分衍射效率进行标定其结果表明,在 Cu Kα能点,PET(002)晶体的积分衍射效率,二阶为一阶的14.36%,三阶为一阶的4.07%;Cu Kα1最大峰值比,二阶衍射为一阶的7.7%,三阶衍射为一阶的1.3%。基于X射线衍射仪的X射线分光晶体高阶衍射效率实验标定具有快速高效、方便灵活的特点。

不同能见度下激光测距仪最大测程的数值算法

郭豪, 邱琪, 马娜, 刘艳芳
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3330-3334.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1048 KB)  ( 148 )
摘要 ( 49 ) 引用本文
为了定量地评估激光测距仪的最大测程,并快速掌握激光测距仪在不同能见度下的具体性能,提出了一种最大测程数值算法,即通过结合激光测距方程和大气透过率计算公式来构建并求解超越方程的方法,可完成最大测程的定量计算。在此基础上,又提出了比例计算法来完成不同能见度下最大测程的等效推算。根据算法原理,分别进行了数值模拟计算,并给出了最大测程与能见度的关系曲线。数值模拟结果表明,该方法可以方便准确地完成多种情况下激光测距机最大测程的计算,具有定量直观、计算精度高、使用方便等优点,为激光测距仪最大测程的检测与评估提供了一种新方案。

轴对称流场的彩色纹影密度场定量测量

叶继飞, 洪延姬
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3335-3338.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1790 KB)  ( 201 )
摘要 ( 33 ) 引用本文
实现定量测量是纹影技术发展的最新要求。制作一种彩色滤光片,代替传统“Z”字形纹影系统刀口,提出了一种能够定量测量轴对称流场密度场的纹影测量方法,提供了一种基于传统纹影装置的定性显示向定量测量探索的新途径。介绍了所提出的纹影定量测量方法的基本原理、标定方法和典型装置,以轴对称自由射流为研究对象,构建了典型的实验系统,并基于理论分析与数值模拟结果,对所获得的实验结果进行了对比。结果表明:所提出的彩色纹影定量测量方法适合于轴对称流场的密度场定量测量。

目标机动对扩展弹道成型制导系统脱靶量影响分析

王辉, 林德福, 祁载康, 杜运理
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3339-3346.
全文: HTML (1 KB)  PDF (81127 KB)  ( 31 )
摘要 ( 17 ) 引用本文
构造了基于剩余飞行时间指数函数的扩展目标罚函数,给出了对常值机动目标最优的扩展弹道成型制导律簇。利用无量纲化方法和伴随技术,研究了含有一阶动力学滞后的制导系统在目标常值机动、随机机动和终端落角约束作用下的无量纲位置和角度脱靶量随无量纲末导时间变化特性。采用直接法对伴随法仿真结果进行了验证。研究结果表明,当末导时间分别为制导系统动力学滞后时间常数的15倍、20倍左右时,落角约束和目标常值机动引起的位置和角度脱靶量均趋近于零;随着指数n的增大,导航系数也越大,无量纲位置和角度脱靶量振荡加剧,收敛时间也加长。目标随机机动引起的位置和角度脱靶量随着末导时间的增大维持在某个稳定的值,并不趋近于零,而且指数n越大,其脱靶量的稳定值也越大。

基于维纳过程的卫星用光纤陀螺剩余寿命预测

唐圣金, 郭晓松, 司小胜, 王振业
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3347-3352.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1304 KB)  ( 169 )
摘要 ( 16 ) 引用本文
卫星用光纤陀螺的剩余寿命预测是卫星健康状态管理中的一个关键问题。针对传统的退化过程建模不能考虑同批设备中个体差异的问题,提出采用一种基于维纳过程的随机变量模型对光纤陀螺在空间环境下的退化特性进行建模。该模型将维纳过程中的漂移系数看成随机变量以描述个体差异,传统的维纳过程是其特例。依据该模型,可以得到光纤陀螺的可靠性指标和剩余寿命信息。仿真试验表明,文中提出的退化建模方法的精度明显高于传统方法,具有一定的工程应用价值。

基于光热位移原理的KDP晶体光吸收系数干涉测量方法的数学模型及结构参数优化

沈华, 张英聪, 朱日宏
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3353-3357.
全文: HTML (1 KB)  PDF (81132 KB)  ( 45 )
摘要 ( 20 ) 引用本文
KDP晶体的光吸收系数是评价其光学质量的重要参数。尤其在惯性约束核聚变装置(ICF)中,其大小直接决定出射脉冲的能量及频率转换效率,因此必须对它进行高精度测量。KDP晶体光吸收系数的数量级一般在10-3/cm~10-5/cm,传统的光吸收系数检测方法已经无法满足该测量分辨率要求。文中针对KDP晶体的特点提出了一种基于光热位移原理的干涉测量方法来解决其吸收系数精密测量的问题。首先利用积分变换思想建立了KDP 晶体光吸收系数干涉测量数学模型,然后基于该模型对测量系统的结构参数进行了仿真优化,得到了系统的设计参数。
光电器件与材料

背照式高量子效率AlGaN日盲紫外探测器设计

赵文伯, 周勋, 李艳炯, 申志辉, 罗木昌
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3358-3362.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1199 KB)  ( 131 )
摘要 ( 14 ) 引用本文
高量子效率、高UV/VIS抑制比、宽的光谱响应范围、快的响应速度是AlGaN紫外探测器设计追求的主要目标。为了获得适宜于紫外焦平面阵列的探测器结构,结合MOCVD外延材料生长的特点,采用模拟计算与实验相结合的方法,设计了背照式高量子效率AlGaN日盲探测器。详细介绍了背照式AlxGa1-xN-pin紫外探测器结构参数设计的依据和设计过程,并给出了设计结果,通过工艺实验,对设计结果进行了优化。应用设计结果进行了器件试制,经测试试制器件,其峰值响应波长为270 nm,光谱响应范围为250~282 nm,峰值量子效率达到了57%(0V),实验表明取得了比较理想的设计结果。

中红外半导体激光器GaSb基材料的刻蚀研究

田超群, 魏冬寒, 刘磊, 高婷, 赵博, 李辉, 曲轶
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3363-3366.
全文: HTML (1 KB)  PDF (3939 KB)  ( 177 )
摘要 ( 12 ) 引用本文
锑化物半导体激光器在中红外波段具有广泛的应用前景。针对目前GaSb基材料的刻蚀工艺存在的问题,对现有的GaSb基材料的湿法刻蚀工艺进行了改进,实验分别用氢氟酸系和磷酸系对GaSb材料进行湿法刻蚀,并在两种酸系溶液中分别加入酒石酸进行对比试验。实验分析表明,这两种腐蚀液对GaSb材料都有较好的刻蚀效果,腐蚀速率稳定,适当调整腐蚀液组分可以调控腐蚀速率,刻蚀后形貌良好,材料表面平整光滑。其中氢氟酸系加入酒石酸后随着溶液稀释比的增加,刻蚀速率下降先快后慢,最后几乎不变化;磷酸系加入酒石酸后通过调整体系组分可以减轻湿法刻蚀工艺中广泛存在的下切效应以及钻蚀现象。

InxGa1-xAs高性能全固态数字化微光器件

史衍丽, 吕玉增, 赵鲁生, 张卫锋, 胡锐
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3367-3372.
全文: HTML (1 KB)  PDF (81136 KB)  ( 44 )
摘要 ( 20 ) 引用本文
作为全固态微光器件,InxGa1-xAs器件通过调节材料组分x值,其响应波段覆盖夜天光辐射的主要波段,对夜天光的能量利用率高。加之材料量子效率高,器件性能好,可望显著提高夜视系统作战距离;另外,采用半导体常规工艺制作,可完成大面阵、长线列器件制备,无需封装在(超)高真空系统,制备简单;采用CMOS读出电路进行信号数据的读取、传输与放大,有利于进行数据的处理和优化改善。由于具备的以上技术优势,InxGa1-xAs器件成为一种新型的高性能全固态数字化微光器件。InxGa1-xAs器件与传统的微光器件在光电转换原理以及器件制备方面存在不同,决定了两者在性能上存在的差异。文中对此进行了对比分析,分析结果体现了InxGa1-xAs全固态数字化微光器件的技术优势和特点,以及InxGa1-xAs全固态数字化微光器件存在的重要应用和发展需求。

高双折射高非线性低损耗八边形光子晶体光纤特性

马依拉木·木斯得克, 姚建铨, 陆颖, 吴宝群, 郝丛静, 段亮成
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3373-3378.
全文: HTML (1 KB)  PDF (81136 KB)  ( 34 )
摘要 ( 9 ) 引用本文
为了同时实现高双折射高非线性并得到低损耗,设计一种在光纤纤芯附近引入椭圆形空气孔和圆形空气孔组成的新型优化的八边形光子晶体光纤。采用全矢量有限元法结合各向异性完美匹配层,对该光纤的有效面积、非线性、双折射和损耗特性进行了模拟分析。数值模拟结果表明,通过选择适当的结构参数,在波长1.55 μm处,该光纤具有高双折射高达B=1.68×10-2,比普通光纤高两个数量级,高非线性系数为γ=60 W-1km-1和低损为0.6 dB/km。这种具有高双折射高非线性系数的光纤可用于光通信、偏振敏感的各种设备和产生超连续普等领域。

高速电光调制器波导测试系统滤光片的研制

付秀华, 唐昊龙, 刘国军, 刘凤娥, 张静
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3379-3385.
全文: HTML (1 KB)  PDF (81136 KB)  ( 33 )
摘要 ( 17 ) 引用本文
为了实现对基于BaTiO3薄膜的高速电光调制器波导精确测试,研制出了一种深背景、高截止度的滤光片,用于提高测试系统信噪比,排除杂光干扰。该滤光片采用双离子束溅射的制备方法,以Nb和SiO2作为沉积材料,借助TFCalc和Macleod软件进行膜系设计和工艺反馈分析,通过正交矩阵法简化了辅助离子源工艺参数的优化过程,保证了采用优化后的工艺制备的薄膜具有更低的吸收,利用实时标定薄膜材料沉积速率等方法,解决了膜层厚度精确控制等问题。制备的滤光片通带中心波长为1 550.1 nm,通带宽度5.1 nm,光密度在-0.1~30 dB处的波长间隔为1.9 nm,满足了波导精确测试系统的使用要求。

利用原子淀积Al2O3对InP光学稳定性的研究

房丹, 唐吉龙, 魏志鹏, 赵海峰, 方铉, 田珊珊, 楚学影, 王晓华
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3386-3389.
全文: HTML (1 KB)  PDF (81132 KB)  ( 41 )
摘要 ( 12 ) 引用本文
提出一种钝化InP表面的新方法——湿法钝化和干法钝化相结合。这种新型的钝化方式有效地降低了InP表面态密度,并使其表面暴露在空气中一段时间后仍具有较好的稳定性。实验利用光致发光(PL)谱,对样品的发光性质进行测试。通过对样品进行XPS测试表明,通过对样品进行退火处理,可增强In-S键结合强度,进一步降低表面态密度。最后,利用原子力显微镜(AFM)对样品的表面形貌进行表征。

电子倍增CCD性能参数测试方法研究

张闻文, 钱月红, 陈钱, 顾国华
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3390-3395.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1364 KB)  ( 315 )
摘要 ( 39 ) 引用本文
电子倍增CCD(EMCCD)性能参数测试是电子倍增CCD芯片及其成像系统研制的重要辅助手段和设计依据。在对 EMCCD的工作原理进行了阐述之后,介绍了 EMCCD 的各项特性参数,分析了相关参数的测试方法。针对测试过程中出现的单位转换问题,引入了转换增益的概念,提出了基于改进的光子转移技术的EMCCD性能参数的测试方法,建立了EMCCD性能参数测试系统,该系统包括高稳定度可控标准钨灯、光学系统、暗箱、数据采集与处理系统等。对Andor Luca相机的转换增益、满阱容量、倍增增益、读出噪声、时钟诱导噪声和暗电流进行了测试。实验结果表明:测试值与相机的指标值基本一致,测试结果准确,证明了所提出的测试方法有效可靠。

面阵CMOS图像传感器性能测试及图像处理

董建婷, 杨小乐, 董杰
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3396-3401.
全文: HTML (1 KB)  PDF (1383 KB)  ( 557 )
摘要 ( 28 ) 引用本文
CMOS图像传感器具有驱动简单、单电源供电、集成度高、功耗低、抗辐射能力强等优点。但是在航天光学遥感领域,CMOS图像传感器应用还不普遍。在该领域亟需大规模、高读出速度、大动态范围的图像传感器,CMOS图像传感器LUPA4000正是这样一款高性能面阵图像传感器,因此,选择LUPA4000作为研究对象,对其缺陷像元、光响应非均匀性、信噪比等性能指标进行测试。测试结果表明存在缺陷像元数量多、光响应非均匀性较大、信噪比较低等问题。根据测试结果采用暗背景扣除、缺陷像元替换、非均匀校正三种方法进行图像处理。对每种方法单独处理和各种方法组合处理的处理效果从图像信噪比和成像图像质量两方面进行分析评估,结果表明:非均匀校正联合缺陷像元替换的处理方法处理效果最佳。
先进光学成像技术

DMD结合图像传感器的高动态场景成像探测

陈怀章, 王延杰, 孙宏海, 陈春宁, 樊博
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3402-3409.
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摘要 ( 59 ) 引用本文
微镜阵列DMD空间光调制器结合图像传感器能够解决高动态场景中强弱目标同时探测的问题,获得高动态图像数据,能使光电成像设备动态范围扩展到130 dB以上。为了实现快速的像素级光强控制以及获得高质量的实际场景高动态图像数据,根据实际场景成像其非边缘区域的相邻像素值变化缓慢的特点,提出了一种适合DMD驱动方式的像素级调光算法-自适应空间区域法,它具有较快的收敛速度,最坏的情况下,经过N/I次即可完成调光权值的搜索;在以FPGA为驱动核心的高动态场景成像探测实验系统平台上,对DMD的驱动时序进行了分析研究。并通过此实验平台验证了自适应空间区域法的有效性,该方法能够实现对高动态场景中强弱目标的同时探测,具有很好的光强控制质量,对场景光强局部变化的适应性较强。

基于SRMF和序列CLEAN的空间碎片ISAR成像算法

王保平, 郭俊杰, 孙超, 方阳
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3410-3416.
全文: HTML (1 KB)  PDF (2291 KB)  ( 168 )
摘要 ( 13 ) 引用本文
针对太空碎片围绕其主轴进行高速自旋运动的特点,利用单距离匹配滤波(Single Range Matching Filtering,SRMF) 方法可以实现小尺寸太空碎片的逆合成孔径雷达成像。通过相干CLEAN技术的引入,SRMF-CLEAN算法可有效地解决傅里叶变换带来的高旁瓣问题。然而在低信噪比情况下,利用SRMF-CLEAN成像方法提取的散射点位置误差偏大,甚至某些弱散射点无法被提取;当散射点距离较近时,该算法提取的散射点中存在虚假散射点的情况。针对此,提出了一种改进的SRMF-CLEAN成像方法,该方法利用序列CLEAN技术可以有效地解决高旁瓣、虚假散射点问题。仿真实验结果验证了新方法的有效性。

采用光流估计的数字相机自动对焦算法

郭惠楠, 曹剑中, 周祚峰, 董小坤, 刘庆, 马楠
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3417-3422.
全文: HTML (1 KB)  PDF (2594 KB)  ( 188 )
摘要 ( 74 ) 引用本文
自动对焦技术对于数字相机至关重要,它是获取清晰图像的重要手段。针对复杂环境下多目标场景图像,提出了一种基于光流场估计的自动对焦算法。通过计算输入图像序列的光流场,对场景中的运动目标进行检测,根据目标运动属性准确判断出感兴趣目标。改进了Brenner清晰度评价方法,利用目标的二维边缘梯度信息建立评价函数,并且通过非线性增益提高评价函数的灵敏度,减小了噪声对评价值的影响。实验证明,该算法能够在主辅目标景深比达50倍的情况下分辨出感兴趣主目标,并在方差为0.02的随机噪声干扰下能有效地评价图像的清晰度;此算法将Brenner等评价函数的峰值稳定余量提高了1至4倍,对于不同图像具有良好的鲁棒性,易于硬件实现。

距离选通成像系统关键性能的实验

陈超, 杨鸿儒, 吴磊, 俞兵, 袁良, 杨斌, 黎高平
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3423-3427.
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摘要 ( 15 ) 引用本文
对距离选通成像系统的关键性能参数—选通长度进行了理论分析和实验研究。运用激光波长为532 nm、脉冲宽度为20 ns的Nd:YAG激光器和ICCD系统搭建了一套距离选通成像系统。在改变选通信号宽度和选通延迟时间条件下,通过对视场内不同距离处的白板成像,获得了一系列实验图像。基于白板图像强度分析了选通信号宽度和延迟时间对距离选通成像系统选通长度的影响,并测量了当选通信号宽度为10 ns时,该选通成像系统的有效选通时间长度为35 ns。

相位差异散斑成像技术验证实验

王志臣, 王斌, 梁晶, 孙继明
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3428-3432.
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摘要 ( 10 ) 引用本文
相位差异散斑成像综合了相位差异和散斑成像两种图像处理方法,相位差异同时采集已知相位差的离焦和在焦图像,联合恢复目标图像和解算波前相位,相位差异散斑成像是在相位差异的基础上,利用多帧短曝光图像组来解算出它们所对应的波前畸变序列,同时对图像进行恢复,每帧图像组由在焦和已知离焦量的两幅图像组成。为了实践相位差异散斑成像技术,分别在室内和室外做了相关实验,在室内利用变形镜模拟光学系统像差,利用精密位移台移动相机分时采集焦面和离焦面两幅图像,恢复后的图像分辨率提高12%;室外利用某望远镜光学系统,在其后放置分光棱镜将光束平均分给焦面和离焦面两台相机,外触发同时采集短曝光图像,对20 km外的目标成像,经过单帧和多帧图像的恢复,目标图像分辨率得到显著提高。实验结果证明:相位差异散斑成像技术可广泛应用于靶场光学设备测量和地基大口径望远镜的探测成像。

目标定位仿生复眼视觉系统成像位置计算

王小蕾, 王克逸, 曹兆楼, 闫培正, 郭方
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3433-3439.
全文: HTML (1 KB)  PDF (2430 KB)  ( 183 )
摘要 ( 8 ) 引用本文
用于目标定位的仿生复眼视觉系统,目标成像位置的精确计算是提高系统定位精度的关键。文章从像斑能量分布的角度出发,介绍了一种较为适于复眼成像位置计算的方法:能量对称法。该方法以主光线在像斑上的坐标定义像斑重心,以主光线像点是像斑能量对称中心的原理来获得像斑重心(即像斑位置)。文中以仿生复眼视觉系统的简化模型为研究对象,应用能量对称法对理论模拟像斑和实验像斑进行了实际计算,计算表明理论像斑位置可以通过能量对称法准确得到;利用实验像斑位置计算入射光线角度也达到了较为理想的计算精度。文中采用传统的灰度重心法同步计算,与新方法形成对比。

采用DBT的漂移扫描星图小目标检测方法

林建粦, 平西建, 马德宝
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3440-3446.
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摘要 ( 21 ) 引用本文
针对低信杂比漂移扫描星图中小目标检测易受恒星星像干扰的问题,提出一种基于单帧候选检测及多帧跟踪判决的实时处理方法。分析星图难以多帧匹配去恒星星像的原因,采用单帧处理的方式,通过构造星像端点掩膜滤除单帧检测中的虚假目标。将单帧得到的候选目标进行粒子滤波的粒子生成,运用目标运动信息构造似然函数分布图更新粒子权重,通过粒子滤波实现了漂移扫描星图中的小目标检测。实际低信杂比星图的实验结果和与相关方法的比较表明,所提方法有效提高了弱小目标的检测能力。

基于二维频域投影的弱小运动目标检测方法

遆晓光, 林喆, 陈松林
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3447-3452.
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摘要 ( 17 ) 引用本文
针对光学成像弱小运动目标难以准确快速检测问题,提出了基于图像序列行列最大投影的二维频域运动小目标检测算法。首先,为了减少计算复杂度和使目标背景分离,将经过背景全局运动补偿后的视频向二维频域投影并去除频率为零的成分,从而获得含弱小运动目标和噪声的图像序列;其次,通过行列序列最大投影,得到信噪比提高的含弱小运动目标的行列图像;然后,通过主运动滤波和图像重构,检测到滤除配准误差和噪声的弱小运动目标;最后,针对强噪声干扰下的弱小运动目标检测问题进行了仿真实验,仿真结果表明,所提算法不仅可有效的检测出弱小运动目标,而且相对单一的行列分解图像在二维频域内有更高的检测信噪比。

采用灰度加权核函数的动态背景运动目标检测算法

王鲁平, 张路平, 韩建涛
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3453-3457.
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摘要 ( 18 ) 引用本文
针对动态图像序列中的运动目标检测存在的运算速度慢、虚警率高等问题,提出了一种基于灰度加权核函数的检测算法。算法首先利用图像中的平均梯度最大块实现了图像序列的快速配准,然后将图像分为32×32的子块,分别计算每一子块图像的灰度加权核函数(GWK),利用bhattacharyya系数作为配准后图像对应子块GWK函数的相似性度量,确认灰度加权核函数发生变化的子块,进而完成图像中的运动目标检测。实验结果表明,基于灰度核函数的运动目标检测算法运行速度快,可以有效抑制图像配准误差以及灰度起伏的影响,实时实现运动目标检测,具有较好的实时性和鲁棒性。

基于感知组织的输电线路结构识别方法

韩军, 张晶晶, 王滨海
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3458-3463.
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摘要 ( 19 ) 引用本文
为了提高输电线路缺陷诊断正确率,有效降低各种复杂背景纹理及光线对识别输电线路结构的影响,从Gestalt感知理论着手,研究一种多感知识别输电线路结构的方法。在图像识别的底层,提取不同方向、不同宽度的线段,研究了一种融合计算Gestalt定律的近似性、连续性、共线性的多级搜索算法,获得显著的、完整的输电线路人造对象轮廓;在图像识别的中层,研究一种基于分块与合并的计算方法能视觉感知近平行线、近对称交叉的结构,设计了一个三级分类器感知聚类平行线组;在图像识别的高层,研究输电线路的知识模型,建立识别输电线路组成结构的约束机制,进而从语义上唯一地识别输电线路的结构。通过无人机巡检采集的输电线路图像,验证这种方法能有效识别输电线路组成的杆塔、导线、地线及绝缘子所在区域。

基于Laplacian-Markov先验数据的加权光谱反卷积模型

李姣, 张天序
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3464-3469.
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摘要 ( 10 ) 引用本文
针对由光谱仪器测得的拉曼光谱数据经常会受到随机噪声和仪器误差等的影响而导致低分辨率的问题,文中提出了一种能在恢复光谱结构的同时又能抑制光谱噪声的方法,即基于Laplacian-Markov约束的数据加权光谱反卷积模型。该模型将退化光谱中恢复真实光谱的问题转化为最大后验概率的求解问题,推导出了拉曼光谱恢复的变分模型。模型中利用Laplacian-Markov作为光谱数据的光滑性先验,提出加权光谱反卷积来恢复退化的光谱,并使用分裂Bregman迭代法求解。文中对该算法利用实验数据进行了验证,实验表明该方法既能恢复退化光谱细节又能抑制光谱噪声,并且求解速度快,有较强的实用价值。

采用步进系数校正基于DMD的Hadamard变换光谱数据

徐君, 徐富红, 谢承旺, 黄志东, 刘遵雄, 黄德昌
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3470-3474.
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摘要 ( 33 ) 引用本文
数字微镜器件(DMD)代替移动式机械模板作为空间光调制器是Hadamard变换光谱技术的最新发展方向。在实际的工程设计中,投射到DMD上的色散光谱无法被所构造的Hadamard编码模板完美地按照S矩阵进行编码,这一现象将会给光谱反演带来误差。文中提出了一种采用步进系数校正光谱图像的方法,根据像素点在图像上空间位置的不同,在其相应的S编码矩阵中引入一个步进系数进行校正,实验结果表明通过该方法反演得到的光谱图像逼近目标的真实光谱。

基于本征模函数的高光谱数据特征提取方法

蔡辉, 李娜, 赵慧洁
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3475-3480.
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摘要 ( 15 ) 引用本文
针对基于参数估计的特征提取方法高光谱数据维数高参数估计偏差大、细节光谱信息易丢失等问题,引入经验模式分解理论,提出了基于本征模函数的高光谱数据特征提取方法。该方法通过计算光谱特征的最大最小值以及均值得到本征模函数,从而得到反映高光谱数据的不同尺度的光谱波形波动信息,即吸收特征信息,并将高光谱数据投影到本征模函数空间,从而实现高光谱数据中不同物质属性光谱特征提取。利用航空推扫式成像光谱仪数据进行方法性能分析与验证,试验结果表明该方法不需要进行统计参数估计,避免了高光谱数据协方差的奇异性和参数估计不准确的影响,并较好地保留了数据提供的所有信息,增大了数据类间可分性。
信息处理

基于小波变换直方图规定的非均匀性校正算法

贺明, 张天一, 王亚弟, 路建方, 寇广
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3481-3485.
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摘要 ( 26 ) 引用本文
为了实现红外探测器的自适应校正,提出了一种基于小波变换的中值直方图规定非均匀性自适应校正方法。新算法利用正交小波变换分解图像,分别统计分解后图像像素的时域直方图,对像素邻域直方图进行排序得到中值,利用中值直方图灰度映射得到校正图像,最后把所有尺度校正后的图像反变换得到最终结果。实际应用证明,与同类自适应非均匀校正算法相比,该算法具有校正精度高、速度快的优点。

大气湍流模糊图像的高分辨力复原算法

李思雯, 徐超, 刘广荣, 金伟其
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3486-3490.
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摘要 ( 17 ) 引用本文
大气湍流是大气中的一种重要运动形式,它的存在使大气中的动量、热量、水气和污染物的垂直和水平交换作用明显增强,这种干扰作用极大地影响了光电成像系统对于目标的分辨能力。由于湍流影响而退化的图像中同时存在着“幸运区域”,用适当的算法可以获得高分辨力复原图像。为了获取包含“幸运区域”的大气湍流模糊图像,在实验室使用人造湍流,并结合短曝光技术拍摄了大气湍流干扰的序列图像。文中应用矩形交叠分块方法,改进了基于偏微分方程(PDE’s)的序列图像复原算法,对获取的序列短曝光图像进行处理。结果表明,经该算法处理得到的合成图像质量有明显的提升,该算法对大气湍流造成的图像质量退化有较好的复原作用。

低SNR海天线提取算法

刘士建, 吴滢跃, 蔡能斌
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3491-3495.
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摘要 ( 8 ) 引用本文
针对海天线SNR低且有一定倾角难于提取的问题,提出一种新的海天线提取算法。在预处理阶段,利用Laplacian模板对海面的波纹进行增强,然后使用顺序滤波与数学形态学相结合的方法增加海面波纹的面积与灰度,预处理后增大了海面与天空的灰度差,海天线的SNR提升70%以上;最后,设计了一种斜线查找矩阵,通过对图像行扫描生成该矩阵,矩阵最大值的横纵坐标即为海天线的位置和角度。实测数据的试验结果验证了该方法的有效性且算法运算简单,易于工程应用。创新点在于使用模板运算与形态学相结合的方法提高了海天线SNR并设计了斜线查找矩阵可以简单地定位海天线的位置和角度,减少了计算复杂度。

基于空间变换迭代的SIFT特征图像匹配算法

杨新锋, 滕书华, 夏东
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3496-3501.
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摘要 ( 22 ) 引用本文
SIFT(Scale Invariant Feature Transform)特征由于具有旋转、平移和尺度不变性在图像匹配中得到了广泛的应用。但直接运用SIFT特征进行匹配,存在两个问题:易受匹配参数的影响,出现较多的错漏匹配现象;只适用于相似变换情况下的图像匹配,对于高维的仿射变换情况则难以奏效,而在实际图像匹配中这种情况更为常见。针对以上问题,提出了一种空间变换迭代的SIFT特征图像匹配方法。把SIFT特征点集匹配转化为SIFT特征向量与点集的几何分布信息相关的函数最优化求解问题,通过在确定性退火框架下,迭代求解空间仿射变换与点集匹配对应关系,最终得到最优的SIFT特征点匹配关系。仿真实验表明:在较大仿射变换情况下该方法仍能实现图像SIFT特征点集的正确匹配。

基于结构特征的机载LiDAR数据与航空影像自动配准

徐景中, 寇媛, 袁芳, 张伟
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3502-3508.
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摘要 ( 6 ) 引用本文
针对现有机载LiDAR数据与航空影像配准方法对匹配特征具有较强的依赖性,易受数据等影响的问题,提出了一种基于结构特征的自动配准方法。该方法首先提取LiDAR距离图像与对应影像的结构特征,利用初始姿态参数将LiDAR结构特征投影至影像坐标系下,根据结构特征的几何约束条件获取初始匹配点集,完成粗匹配;接着利用粗匹配结果计算直接变换模型(DLT)参数,并以此为初值引入双点几何约束,采用循环迭代的匹配策略,不断剔除错误匹配,获得一组新的匹配点集,完成精匹配;最后根据精匹配结果,采用基于单位四元数的空间后方交会方法解算航空影像的姿态参数,实现机载LiDAR数据与航空影像的自动配准。实验证明,该方法受噪声影响小,能实现机载LiDAR数据与航空影像的自动配准。

双目协同多分辨率主动跟踪方法

崔智高, 李艾华, 姜柯, 苏延召, 金广智
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3509-3516.
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摘要 ( 10 ) 引用本文
PTZ(pan-tilt-zoom)相机由于其具有可变视角和可变分辨率能力,在视频监控领域得到了广泛的应用。该文针对智能监控的需求,提出了一种基于双目PTZ相机的多分辨率主动跟踪方法。该方法分为离线标定和在线协同跟踪两部分。离线标定部分,提出了一种基于图像特征匹配的单目自标定和基于目标运动信息的双目自标定方法,该方法操作简单,无需标定物,在最大程度上减小了对人工干预的依赖,在此基础上推导了系统所具有的两个重要性质;在线协同跟踪部分,设计了一种分段静止的协同跟踪策略。通过实际监控场景下的视频实验,验证方法的有效性和可行性。实验结果表明,该方法可以在复杂环境下有效的主动跟踪目标,在智能监控领域具有较广泛的应用前景。

极限学习机方法在经纬仪空间配准中的应用

杨宏韬, 高慧斌, 张淑梅
红外与激光工程. 2013, 42 (12): 3517-3521.
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摘要 ( 11 ) 引用本文
针对光电经纬仪测量中多传感器的空间配准问题,提出了一种基于极限学习机(ELM)的空间配准建模方法。首先介绍了ELM算法和ELM空间配准模型的建立步骤,然后使用星体测量数据建立ELM空间配准模型,最后将该模型与单项差修正模型、球谐函数修正模型进行了对比验证。实验结果表明:ELM空间配准模型可以使光电经纬仪的测量精度从17″左右提高到1″以内,与单项差修正模型、球谐函数修正模型相比精度提高35%以上。由此可见,与单项差修正模型和球谐函数修正模型相比,采用ELM算法所建立的光电经纬仪空间配准模型具有更高的精度和更强的泛化能力。
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